Proton (fusée)

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Proton
Données générales
Mission	Lanceur LEO et GTO
Période des lancements	1965 à aujourd'hui
Nb de lancements	365 (41 échecs) fin 2010
Pays d’origine	Russie
Caractéristiques techniques
Dimensions
Hauteur	57 m
Diamètre	4,1 m
Masse au décollage	690 t
Nombre d'étages	3/4
Puissance et capacité d’emport
Charge utile en LEO	21 000 kg
Charge utile en orbite géostationnaire	3 200 kg
Charge utile sonde interplanétaire	4 800 kg
Poussée au décollage	environ 1 060 t

La fusée Proton (Прото́н) (initialement UR-500) est un lanceur lourd russe capable de placer une charge utile de 22 tonnes en orbite basse et plus de quatre tonnes en orbite géostationnaire. Développé au début des années 1960 le premier tir réussi a lieu en 1965. Depuis sa conception 362 Proton ont été lancées et la fusée reste aujourd'hui le principal lanceur lourd russe.

Vladimir Chelomei conçoit au début des années 1960 l'UR-500, un missile balistique intercontinental géant capable d'emporter une tête nucléaire de 100 mégatonnes sur une distance de plus de 12 000 km. La finalité militaire de la fusée est rapidement abandonnée et celle-ci est reconvertie en lanceur spatial pour le programme lunaire habité soviétique. Après une longue série d'échecs dans les années 1967-1970, la Proton devient le lanceur attitré des sondes spatiales interplanétaires et des satellites soviétique placés en orbite géostationnaire (Ekran, Gorizont). La fusée Proton place également en orbite les modules des stations spatiales Saliout et Mir ainsi que les composants russes de la station spatiale internationale. Depuis 1995 le lanceur russe est commercialisé par la coentreprise russo-américaine ILS et est le principal concurrent du lanceur européen Ariane 5 sur le marché des satellites de télécommunications gérés par les opérateurs privés.

La fusée Proton est tirée de manière exclusive depuis la base de lancement de Baïkonour. Plusieurs configurations sont disponibles : dans sa version la plus utilisée, la Proton-M/Briz-M comporte quatre étages d'un diamètre uniforme de 4,15 mètres (7,4 m au niveau du premier étage), est haute de 57 mètres et pèse environ 700 tonnes. Les trois premiers étages utilisent pour leur propulsion un mélange de diméthylhydrazine asymétrique (UDMH) et de peroxyde d'azote. Ces ergols peuvent être stockés, contrairement aux autres carburants, ce qui constituait un avantage décisif lorsqu'il était envisagé d'en faire missile balistique intercontinental. Son constructeur moscovite GNPKZ Krounitchev a lancé le développement d'une nouvelle famille de lanceurs Angara ; celle-ci doit remplacer dans les années 2010 les Proton qui présentent notamment l'inconvénient d'utiliser des ergols trop toxiques selon les normes désormais en vigueur.

Historique

Le lanceur Proton et le programme spatial lunaire

Les premières versions du lanceur : de gauche à droite version à 2 étages de 1965, version destinée à une mission lunaire (1964), Proton K avec un véhicule Zond (1967) et la station Saliout (1971)

En avril 1962 les constructeurs astronautiques ainsi que les principaux décideurs soviétiques se réunissent à Pitsounda dans la villégiature du dirigeant de l'Union Soviétique, Nikita Khrouchtchev pour définir la stratégie spatiale soviétique. Jusqu'à présent l'URSS a maintenu son avance sur les États-Unis dans la course à l'espace grâce aux succès des projets de Sergueï Korolev (Spoutnik,...). Alors que celui-ci veut conserver son monopole dans le programme spatial, son principal rival Vladimir Chelomei obtient le feu vert pour développer un projet qui concurrence directement les réalisations de Korolev : Chelomei a su circonvenir Khrouchtchev et se concilier les militaires avec un projet de super-missile balistique intercontinental pouvant emporter une tête nucléaire de 100 mégatonnes sur une distance de plus de 12 000 km. Le missile baptisé UR500 sera renommé par la suite Proton. Le nouveau lanceur est retenu, entre autres, pour le lancement d'un vaisseau spatial habité chargé d'une mission circumlunaire^[1].

Fin 1964, les dirigeants soviétiques qui n'avaient pas cru au succès du programme Apollo, décident devant les progrès des américains de se lancer à leur tour dans la course vers la Lune et confient à Korolev la réalisation de ce programme. Le projet de mission circumlunaire de Chelomei est malgré tout maintenu car il s'agit d'une opération de prestige programmée pour mai ou octobre 1967 qui sont deux dates symboliques en Union Soviétique car associées cette année-là au cinquantenaire de la Révolution d'Octobre. Ce programme doit permettre de marquer des points auprès de l'opinion internationale en attendant le véritable débarquement lunaire. Mais Chelomei, qui a perdu son principal soutien avec la chute de Khrouchtchev remplacé par Léonid Brejnev, est en difficulté car le vaisseau LK1 ne pourra manifestement pas être prêt pour l'échéance fixée. Le lanceur UR-500 a par contre brillamment réussi son premier essai et Korolev propose aux autorités d'associer le nouveau lanceur qui peut placer 20 tonnes en orbite basse avec un vaisseau développé par ses bureaux d'études^[2]. Mais fin septembre 1967 la fusée Proton échoue à lancer le premier vaisseau 7K-L1 finalisé mais sans équipage sonnant le glas de l'échéance fixée par les dirigeants soviétiques. Le 22 novembre le lanceur est à nouveau défaillant. Le vol suivant le 7 février 1968 place le vaisseau qui a été baptisé Zond 4 sur une orbite très elliptique simulant la trajectoire lunaire^[3].

Caractéristiques techniques

Les versions

Depuis son apparition plusieurs versions du lanceur se sont succédé :

• La première version ne comportait que deux étages, une configuration sans doute dès le début provisoire, et a volé à 4 reprises entre 1965 et 1966. Elle était capable de placer 12,2 tonnes en orbite basse.
• La Proton K qui lui succède est une fusée à 3 étages qui est lancée pour la première fois le 16 novembre 1968. Elle est souvent surmontée d'un quatrième étage notamment pour le lancement des sondes interplanétaires et des satellites en orbite géostationnaire. La version à 3 étages est utilisée pour placer les modules des stations spatiales Saliout et Mir ainsi que les composants russes de la station spatiale internationale. Alors que le reste du lanceur reste inchangé au cours des décennies, le 4ème étage évolue progressivement en gagnant en puissance et en fiabilité. Ce sont les Block D, D-1, D-2, DM, DM-2, DM-3.
• La version en production, la Proton M, est lancée pour la première fois le 5 juillet 1999. Les 3 premiers étages ont été modernisés : la structure des 2ème et 3ème étages a été allégée, la séquence de séparation des étages est revue pour consommer moins d'ergols, un nouveau système de pilotage permet au lanceur d'optimiser son profil de vol. Elle se décline en 2 versions à 4 étages (DM-2 et Briz-M) pour desservir l'orbite géostationnaire ou pour les lancements de sondes interplanétaires.

Caractéristiques générales

Les trois premiers étages du lanceur partagent des caractéristiques communes :

• Le diamètre du corps central est de bout en bout de 4,15 mètres : cette dimension correspond à l'encombrement maximum accepté par les chemins de fer soviétiques. Toutefois, pour pouvoir respecter cette contrainte de gabarit, les moteurs et les réservoirs de carburant du premier étage sont rejetés dans 6 modules cylindriques qui viennent flanquer le réservoir central contenant le comburant.
• Les trois premiers étages utilisent pour leur propulsion un mélange de diméthylhydrazine asymétrique (UDMH) et de peroxyde d'azote. Ces ergols peuvent être stockés, contrairement aux autres carburants, ce qui présentait un avantage décisif lorsqu'il était envisagé de faire du Proton un missile balistique intercontinental.

Premier étage

Le premier étage est constitué d'un réservoir central contenant le peroxyde d'azote long de 21,8 mètres et d'un diamètre de 4,15 mètres. Il est construit en alliage d'aluminium. Il est surmonté d'un treillis de poutres en aluminium qui assure la liaison avec le deuxième étage et permet de laisser passer les gaz de combustion lorsque les moteurs du deuxième étage sont allumés ; en effet, sur les fusées russes, les moteurs de l'étage supérieur sont allumés avant la séparation avec l'étage du dessous pour éviter toute phase de vol inertiel^{[N 1]}. Il est flanqué par 6 modules longs de 19,5 m et d'un diamètre de 1,6m., qui sont assemblés avec le réservoir central sur la base de lancement et qui contiennent chacun un réservoir de UDMH et un moteur-fusée de type RD-276 ^[4]. Le RD-276 est un moteur performant, d'une poussée de 1588 kN au sol (version 114D3 de 1986), utilisant la combustion étagée : les gaz produits par le générateur de gaz qui entrainent la turbopompe sont réinjectés dans la chambre de combustion. L'ensemble a une masse de 450 tonnes (à vide 30,6 tonnes).

Deuxième étage

Le deuxième étage, long de 17,5 m pour un diamètre de 4,1 m, pèse 172,1 tonnes pour une masse à vide de 11,7 tonnes. Il est constitué de deux réservoirs situés l'un au-dessus de l'autre et est propulsé par 3 moteurs RD-0210 et un RD-0211^[4]. Ce dernier est un RD-210 équipé d'un générateur de gaz qui entraine les 4 turbines et maintient sous pression les réservoirs. Le temps de combustion est de 210-230 secondes. Comme le seconde étage il est surmonté d'un treillis destiné à laisser passer les gaz du moteur du 3^e lorsque celui-ci est allumé.

Troisième étage

Le troisième étage, long de 4,11 m pour un diamètre de 4,1 m, pèse 50,7 tonnes pour une masse à vide de 4,2 tonnes. Il est constitué de deux réservoirs situés l'un au-dessus de l'autre et est propulsé par 1 moteur RD-0213 qui fournit 583 kN de poussée. Un moteur de type RD-0214 de 31 kN de poussée permet le contrôle de l'orientation^[4].

Quatrième étage

Le lanceur Proton dans sa dernière version utilise pour son 4ème étage un des 2 modèles suivants :

• Le bloc D a été développé dans les années 1960 en tant que cinquième étage du lanceur lunaire soviétique N1. Il a par la suite évolué et donné naissance à plusieurs versions dont la dernière, le Bloc DM, remonte à 1974. Il est propulsé par un moteur RD-58M qu consomme un mélange de kérosène et d'oxygène. Il a une longueur de 6,28m pour un diamètre de 3,7m et une masse de 17,49t (2,44t à vide). La Proton M utilise les versions Bloc DM-2 et Bloc DM-2M pour lancer les satellites de télécommunications Ekspress et de navigation GLONASS.
• Le Breeze M est un étage développé pour le lanceur Proton M qui dérive du Breeze KM. Ce dernier a été mis au point en 1978 comme étage supérieur des fusées chargées de lancer les sondes interplanétaires telles que Venera 15, Phobos 1 et Mars 96. Par rapport à celui-ci le Breeze M comporte un réservoir toroïdal qui entoure le réservoir central et qui est largué une fois vidé. Ce réservoir permet de transporter en tout 14,6 tonnes de carburant contre 5 t pour le Breeze KM. Le moteur S5.98M qui est le même que celui du Breeze KM a une poussée de 19,4 kN, peut être réallumé 8 fois et fonctionner durant 2000 secondes. Le moteur consomme un mélange d'UDMH et de peroxyde d'azote. L'étage peut être utilisé jusqu'à 24 heures après le lancement.

Déroulement d'une campagne de tir

Les composants du lanceur Proton sont construits dans l'établissement de Krounitchev à Moscou. Ils sont ensuite transportés par rail jusqu'à la base de lancement de Baïkonour au Kazakhstan qui est restée depuis le premier tir de la fusée la seule base de lancement équipée d'installations adaptées à la Proton. Les opérations d'assemblage et de préparation se déroulent dans la zone 92. Les trois premiers étages sont assemblés en position horizontale dans le bâtiment 92-1 qui est suffisamment vaste pour permettre le montage de 4 Proton en parallèle. La charge utile, la coiffe et le 4^e étage (s'il est nécessaire) sont de leur côté testés, assemblés et remplis en ergols dans un bâtiment dédié qui est généralement le 92A-50. Les deux sous-ensembles sont réunis dans le bâtiment 92-1. Le lanceur est alors soulevé et déposé à l'horizontale sur un grand wagon plat pour son transport par rail jusqu'au pas de tir^[5].

Baïkonour dispose de deux sites distincts pour le lancement des Proton : la zone 81 construit dès l'origine dispose de deux pas de tir dont l'un n'est plus utilisé depuis fin 2004 car il n'a pas été adapté à la nouvelle version Proton M. La zone 200 a été construite dans les années 1970 ; elle comporte également deux pas de tir dont un seul reste opérationnel aujourd'hui. Le lanceur est amené sur son wagon transporteur jusqu'au pas de tir environ 5 jours avant le lancement. Là un système érecteur solidaire du pas de tir bascule de 90° à la fois le châssis du wagon et la fusée plaçant cette dernière à la verticale. Le lanceur qui repose alors sur 6 supports est désolidarisé de son système de transport qui est abaissé. Une tour de service montée sur rails est approchée et vient entourer la Proton pour permettre les dernières opérations de contrôle et le remplissage des réservoirs. Cinq à six heures avant le lancement, la tour de service est écartée d'environ 340 mètres du pas de tir^[5].

Carrière opérationnelle

Suspension des lancements de 2007

Le 6 septembre 2007, le Kazakhstan suspend les lancements de fusées russes Proton depuis le cosmodrome de Baïkonour, après la chute sur le territoire kazakh d'un de ces lanceurs transportant un satellite japonais de télécommunications JCSat 11^[6].

Complexe de lancement des fusées Proton.

Le 28 janvier 2008, la fusée est remise en fonction avec le lancement du satellite de télécommunication Express-AM33^[7]. Mais le 15 mars 2008, la 334^e fusée Proton lancée depuis juillet 1965 ne place pas le satellite AMC-14 sur une bonne orbite, du fait d'un dysfonctionnement de son quatrième étage Breeze-M^[8].

Échec du 5 décembre 2010

Le 5 décembre 2010, un lancement de la fusée Proton conduit a un nouvel échec, 3 satellites russes du système GLONASS s'abîment au large d'Hawaï. L'accident a pour origine une erreur de procédure durant le remplissage des réservoirs du 4^e étage. Ce vol inaugurait une nouvelle version du Block DM (DM-03) ; cette version est dotée de réservoirs de plus grande dimension ; les opérateurs sur le site de lancement ont fait le plein en appliquant les même règles (pourcentage de remplissage) que pour les vols précédents ajoutant un surcroit de masse ; le lanceur, qui n'avait pas la capacité à lancer la masse supplémentaire, a progressivement dévié de la trajectoire prévue et n'est pas parvenu à placer en orbite sa charge utile^[9],[10].

Échec du 18 août 2011

Le 18 août 2011, le satellite européen de télécommunication Express-AM4, est perdu, probablement envoyé sur une mauvaise orbite^[11].

Notes et références

Notes

Références

Sources

• Pierre Baland, De Spoutnik à la Lune L'histoire secrète du programme spatial soviétique, Editions Jacqueline Chambon, 2007 (ISBN 978-2-7427-6942-1) 
• (en) Asif A. Siddiqi (NASA), Challenge To Apollo: The Soviet Union and The Space Race, 1945-1974, University Press of Florida, 2000, 512 p. (ISBN 978-0813026282) [lire en ligne].
  Historique du programme spatial soviétique jusqu'à la fin du programme lunaire habité soviétique (1974) (NASA SP-2000-4408)
   
• (de) Bernd Leitenberger, « Die Proton », bernd-leitenberger
• (en) Mark Wade, « Proton », Astronautix
• (en) Anatoly Zak, « Rockets:Launcher:Proton family », Russianspaceweb
• Nicolas Pillet, « Le lanceur Proton », kosmonavtika

Voir aussi

Articles connexes

• Angara
• Fusée Ariane
• Comparaison de lanceurs commerciaux

Lien externe

• (en) Site d'ILS qui commercialise le lanceur

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